Led diode

Wat is een diode?

Dit is een veel gebruikte component in de elektronica. De moderne halfgeleiderdiode bestaat uit een PN halfgeleiderovergang. Deze overgang zorgt ervoor dat de elektronen de ene kant uit vrij kunnen passeren, maar de andere kant uit geblokkeerd worden. Hierdoor ontstaat een éénrichtingsklep voor stroom. Diodes hebben in de elektronica talrijke toepassingen waarbij het omzetten van wisselspanning naar gelijkspanning een van de bekendsten is. Loopt er stroom door in de doorlaatrichting, dan ontstaat er een kleine spanningsval. Deze spanning wordt de kniespanning genoemd. Veel standaarddiodes worden van silicium gemaakt, dat een kniespanning van circa 0,7 volt oplevert. Bij een stijgende stroom stijgt ook de kniespanning maar weinig. Dit is een belangrijke eigenschap die we bij leds ook terugzien. Gewone halfgeleiderdiodes zijn er in veel verschillende types, het verschil tussen deze types is de maximale doorlaatstroom, de maximale spierspanning, de lekstroom in de schakelsnelheid. Naast de standaarddiode bestaan er andere soorten diodes met bijzondere eigenschappen. De led diode straalt zodra er een stroom in de doorlaatrichting stroomt zichtbaar licht uit.

Led diode in verschillende kleuren

Een led diode is er in veel verschillende uitvoeringen en lichtkleuren. De kleur hiervan is afhankelijk van het gebruikte halfgeleidermateriaal. U kunt kiezen uit de volgende kleuren: rood, oranje, geel, groen, blauw en wit. De gekleurde uitvoering bestond al een aantal decennia en wordt veel gebruikt als indicatielicht op apparatuur. Denk hierbij aan het dashboard in een auto waar leds de traditionele gloeilampjes volledig hebben verdrongen. Wit licht kan op verschillende manieren gemaakt worden. De eerste manier is het mengen van rood, groen en blauw. Helaas levert dit geen natuurlijk wit licht op omdat het rode, groene en blauwe deel maar een heel klein stukje van het kleurenspectrum bestrijken. Een beter resultaat wordt bereikt door het gebruik van blauw licht in combinatie met een of meerdere fosforlaagjes. Deze laagjes zetten een deel van het blauwe licht om in geel licht. Dit wordt in de natuurkunde fluorescentie genoemd. Het resulterende uitgestraalde licht heeft een piek bij blauw en een breedbandig geel licht. Dit licht wordt door ons oog als wit licht waargenomen en heeft voor een doorbraak in verlichtingstechniek bezorgd.

De standaard led diode

Een led diode is in diverse verschillende kleuren verkrijgbaar en er bestaan verschillende uitvoeringen. De standaard uitvoering bestaat uit een plastic buisje met aan de ene kant twee aansluitdraden en aan de andere kant een bol lensjes om het licht te bundelen. De standaard uitvoering is verkrijgbaar in een diameter van 3 en 5 mm. De standaard led diode heeft geen ingebouwde elektronica waardoor het belangrijk is dat deze met een constante stroom gevoed wordt. De optimale waarde om goed te functioneren en licht te produceren wordt de nominal forward current genoemd of [If] genoemd. Hierbij ontstaat er een spanningsval over de aansluitpennen. Deze spanning wordt de kniespanning of de forward nominal voltage drop genoemd [Uf]. Uf wordt maar weinig hoger bij een toenemende stroom. Omgekeerd wordt de stroom snel hoger bij een kleine spanningsstijging. Dit is de reden dat een ‘kale’ led diode nooit op een constante spanning wordt aangesloten, maar er in een schakeling voor gezorgd wordt dat de waarde in de buurt van de nominaal toegestane stroom blijft.

Aansluiten op een vaste spanning

Om een led diode op een vaste spanning te kunnen gebruiken, moet er een voorschakelweerstand gebruikt worden om de stroom te beperken. U kunt de waarde van deze weerstand zelf eenvoudig berekenen. Wilt u een rode uitvoering aansluiten op 12 volt dan is het belangrijk om de nominale stroom [If] en de kniespanning [Uf] te kennen. Bij rood is Uf = 2 volt en If bij de meeste types 10 mA. Bij een serieschakeling valt dus 2 volt over de led diode en 12-2 volt = 10 volt over de weerstand. Bij een serieschakeling is de stroom door beide componenten hetzelfde. Er moet dus ook 10 mA door de weerstand lopen. Via de wet van Ohm kunnen we waarde van de weerstand berekenen. 10 Volt / 10 mA = 1 kilo-ohm. Hiermee krijgen we dus de gewenste waarde van 10 mA. In formule form: R = (Uv – Uf) / If. Met deze formule kunt u voor elke gewenste stroom en elke gewenste voedingsspanning zelf de waarde van de voorschakelweerstand berekenen. Let er hierbij op dat er altijd gelijkspanningsvoeding gebruikt moet worden.